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Chinoiseries ! UNIVERSITÉ PARIS DESCARTES
Ecole doctorale Sciences du Sport, de la Motricité et du Mouvement Humain
(ED566)
Laboratoire Sport, Expertise et Performance – EA 7370
Vitesse et explosivité musculaire :
influence des interactions muscle-tendon
Par Robin HAGER
Thèse de doctorat de Sciences du Sport et du Mouvement Humain
Présentée et soutenue publiquement le mardi 17 Décembre 2019
Devant un jury composé de :
Rapporteure : Caroline Nicol, Chercheure HDR, Université d’Aix Marseille
Rapporteur : Olivier Seynnes, Full Professor, Norwegian School of Sport Science
Examinatrice : Véronique Feipel, PU-PH, Université libre de Bruxelles
Examinateur : Pierre Samozino, Chercheur MCU, Université Savoie Mont Blanc
Examinateur : Jacques Duchateau, PU-PH, Université libre de Bruxelles
Directeur de thèse : Gaël Guilhem, Chercheur HDR, Institut National du Sport, de l’Expertise
et de la Performance
Co-directeur de thèse : Sylvain Dorel, Maître de Conférences HDR Université de Nantes
Co-directeur de thèse : Antoine Nordez, Professeur des universités, Université de Nantes
2
3
AVANT-PROPOS
Je tiens à remercier tout particulièrement le Dr. Caroline Nicol et le Pr. Olivier Seynnes
de me faire l’honneur d’expertiser ce travail, ainsi que l’ensemble des examinateurs, les Pr.
Véronique Feipel, le Pr. Jacques Duchateau et le Dr. Pierre Samozino pour l’opportunité
d’échanger avec vous. Merci à Pierre qui a également été membre de mon comité de suivi de
thèse associé à Joseph que j’aurais également aimé avoir comme examinateur.
Gaël ; même si tu pouvais parfois penser le contraire sache que j’ai toujours été très
fier de pouvoir effectuer ma thèse sous ta direction. Un grand merci pour m’avoir fait grandir
depuis que tu m’as récupéré en master 1, à l’époque où tu m’expliquais comment structurer
un mail, car j’étais déjà illisible. En tout cas, que de chemin parcouru à tes côtés, je te souhaite
bonne chance pour la suite. J’espère que quand tu trouveras le CRJ13 plus clean que clean,
sans chaussettes qui trainent, de roues de vélo pas encore montées ou de gel écho desséché,
tu auras une petite larme.
Antoine, et Sylvain je reconnais la chance que j’ai eu d’être co-encadré par votre duo.
Vos conseils toujours pertinents et encourageants ont été une source de motivation pour
terminer ces travaux. A vous deux vous formez un peu les Starsky et Hutch du muscle tendon.
Si vous passez faire un tour de vélo ou une sortie escalade sur la région parisienne faites-moi
signe.
Merci Christine qui en plus de m’avoir donné goût à la recherche en master 1 a accepté
le rôle de directrice administrative et ainsi de pouvoir réaliser ma thèse dans les meilleures
conditions à l’INSEP.
Merci à Alain, et à toute son équipe de la société ACTECH pour avoir porté
financièrement ce projet. Alain, je suis vraiment content d’avoir appris à te connaitre sur ces
4 années. Du premier démontage de salon à aujourd’hui, tu as complètement contribué à mon
évolution, à travers tes conseils mais aussi grâce à ta bienveillance. Je suis enthousiaste à l’idée
de continuer à collaborer avec toi par la suite.
Merci à la fédération française d’escrime et plus particulièrement aux entraîneurs et
athlètes des collectifs Sabre et Fleuret, pour m’avoir fait confiance durant ces 4 années. Merci
à Jean-phi, Cyril, Pierre, Julien, Lionel, Emeric, Jean-Yves, Herber, Stéphane(s) et Laurence
pour la confiance que vous m’apportez au quotidien et pour tous ce qu’on a pu vivre ensemble
de Paris à Shanghaï en passant par Rome ou Budapest. Merci également de m’avoir
accompagné lors de tous mes moments compliqués. Tokyo va être explosif et je suis sûr que
l’on sera prêt pour relever le défi.
Je remercie bien évidemment l’ensemble des membres du laboratoire SEP qui m’a
accueilli pendant ces quatre ans. Merci aux chercheurs pour avoir régulièrement pris des
nouvelles et suivi mon travail avec bienveillance et intérêt. Un merci particulier à Claire et
Jean-François pour l’estime que vous avez pour moi et pour vos conseils durant l’ensemble de
ma thèse. Madame Despotova ! Надявам се, че ще ми направите честта да дойда до моята
теза. Ти беше моят слънчев лъч от лабораторията. Винаги любезна дума и решение за
всичко. Бързам да те видя в България =).
4
Merci au RDJ, notamment de m’avoir nourri durant ces 4 années, je vous promets
d’organiser des petits déjeuners et goûters les prochains 1er Mai, 14 Juillet, 11 novembre et
24 décembre. Merci à toute l’équipe qui m’a corrigé les fautes de mon manuscrit. Petite
mention particulière avec ceux de ma génération : Simon et Enzo, pour nos nuits blanches
bioméca ou traitements de données. Partager ma thèse avec vous a été un réel plaisir. Je suis
super heureux de voir vos chemins respectifs se construire ainsi. Simon, merci de m’avoir
supporté =), je t’aime au masculin (à toi de trouver la définition exacte à cela). Enzo entraîne
toi bien en Belgique car l’attaque de Pierre Rolland risque d’être fulgurante. Pour finir, Chloé
et Mathilde ! Chloé, ton indescriptible au grand cœur, va vraiment avoir du mal à te
complimenter à ta juste valeur et pour ce que tu m’as apporté lors de cette thèse. Tu as été
mon coup de cœur du laboratoire durant ces 4 années. Ma petite Mathilde, tu as toujours su
me réconforter dans les moments délicats, je te promets de t’écouter et de changer un petit
peu mon style vestimentaire pour la suite.
Merci à mes stagiaires, Poupou, Jason, Adèle, vous avez été plus qu’efficace, ce n’était
que du bonheur de vous avoir formé sur la partie expérimentale ! Adèle, bonne chance pour
ces trois années, je suis très content que ce soit toi qui poursuives une partie de mon travail.
Merci à toi Caroline, pour ton soutient sur l’ensemble de ma thèse. J’espère que tu
seras bientôt appréciée à ta juste valeur et que tu pourras atteindre ton objectif. C’était un
plaisir de travailler avec toi.
Merci à la team IRMES, les malinois. Spéciale dédicace au maître, capable de vendre
des glaces à des esquimaux, à jul la vilaine, macacus, cyrano et voliporc, aux assiettes de
Quentin.
5
CE TRAVAIL A FAIT L’OBJET DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS
SUIVANTES
Publications dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture
Hager, R., Giroux, C., Feugray, J., Nordez, A., Dorel, S., Guihem, G. How does force- vs. velocityoriented training affect gastrocnemius medialis fascicle dynamics? (In preparation).
Hager, R., Poulard, T., Nordez, A., Dorel, S., Guihem, G. Influence of fascicle dynamics on the
rate of force development. J Appl Physiol (in revision).
Hager, R., Dorel, S., Nordez, A., Giuseppe, R., Couturier, A., Hauraix, H., Duchateau, J., Guihem,
G. (2018). The slack test does not assess maximal shortening velocity of muscle fascicles in
humans. J Exp Biol vol. 221, no 15.
Communications dans des congrès internationaux avec actes
Hager, R., Poulard, T., Nordez, A., Dorel, S., Guihem, G. (2018) Is explosive strength affected
by fascicle tendon interactions. 22nd congress of the international society of electrophysiology
and kinesiology, Dublin, Ireland.
Hager, R., Poulard, T., Nordez, A., Dorel, S., Guihem, G. (2017) Muscle fascicles shortening in
explosive isometric muscle contractions. 17E
congrès international acaps, Dijon, France.
*Prix oral jeune chercheur neurosciences / biomécanique. *
Hager, R., Dorel, S., Nordez, A., Rabita, G., Couturier, A., Hauraix, H., Duchateau, J., Guihem,
G. (2016) Should we use the slack test to measure maximal shortening velocity of human
muscle fascicles? 22nd congress of the European college of sport science, Essen Allemagne.
TRAVAUX REALISES EN DEHORS DU CADRE DE LA THESE
Publications dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture
PerezJ., Guilhem G., Hager R., Brocherie F. Mechanical determinants of forward sprint skating
inferred from off- and on-ice force-velocity evaluations in elite female ice hockey players. JSCR
(under review)
Beaumatin, N., Hauraix, H., Nordez, A., Hager, R., Rabita, G., Guilhem, G., Dorel, S., (2018)
Maximal shortening velocity during plantar flexion: Effects of pre-activity and initial stretching
state. Scand J Med Sci Sports, vol. 28, no 4, p. 1361-1370.
Communications dans des congrès avec actes
Hager, R. (2016) One foot fix, la fixation de snowboard du futur. Concours d’innovation “BE
THE FUTURE OF SPORT” SATT LUTECH (Prix coup de Cœur du ministère de la jeunesse et des
sports), Paris France.
6
Liste des abréviations
ANOVA Analyse de variance
CSA Section transervsale du muscle
EMG Électromyographie
FOT Force oriented training
GM Gastrocnemius medialis
GL Gastrocnemius lateralis
RMS Root Mean Square
RFD taux de monté de la force
RTD taux de monté du couple de force
SOL Soleus
Tmax Couple de force maximale
UM Unité motrice
VF Vitesse fasciculaire
VFmax Vitesse maximale fasciculaire
Vmax Vitesse maximale
V0 Vitesse maximale de raccourcissement ou de rotation sans charge
VF0 Vitesse de raccourcissement sans charge des faisceaux musculaires
VTT Vitesse des tissus tendineux
VOT Velocity oriented training
7
Table des matières
Table des matières..................................................................................................................... 7
INTRODUCTION GÉNÉRALE ...................................................................................................... 13
LA VITESSE MAXIMALE ............................................................................................................. 15
A. Mesures des variables cinétiques et cinématiques ..................................................... 16
B. Mesure de la vitesse maximale.................................................................................... 17
1) La relation force-vitesse......................................................................................... 17
i. Principes et modélisation....................................................................................... 17
ii. Mesure de la relation force-vitesse du muscle in vivo ...................................... 21
iii. Vitesse maximale théorique de mouvement : extrapolation et limites............ 22
2) Le slack test............................................................................................................ 24
C. Facteurs influençant la vitesse maximale de contraction............................................ 26
1) La typologie musculaire ......................................................................................... 26
2) L’architecture musculaire ...................................................................................... 27
3) La longueur initiale du muscle ............................................................................... 29
4) La température musculaire.................................................................................... 30
5) Géométrie musculo-articulaire.............................................................................. 30
6) L’activation musculaire .......................................................................................... 31
LA FORCE EXPLOSIVE................................................................................................................ 34
A. La force maximale ........................................................................................................ 34
1) F0 ............................................................................................................................ 34
2) La relation force-longueur ..................................................................................... 34
i. Principes et déterminants in vitro ......................................................................... 34
ii. Mesures in vivo .................................................................................................. 36
iii. Analyse de la mécanique du muscle in vivo et dissociation des structures
contractiles et élastiques ............................................................................................. 37
B. La force explosive......................................................................................................... 39
C. Facteurs influençant la force explosive........................................................................ 41
i. La commande nerveuse et la production de force................................................ 42
ii. Propriétés nerveuses des unités motrices et production de force.................... 42
3) Les propriétés du système musculo-tendineux..................................................... 46
i. Influence de la force maximale et de la relation force-longueur.......................... 46
ii. Influence de la typologie musculaire ................................................................. 46
iii. Influence de l’architecture musculaire .............................................................. 47
8
iv. Influence de la raideur du tendon...................................................................... 47
A. Les variables de l’entraînement neuromusculaire....................................................... 50
1) Stimulus d’entraînement ....................................................................................... 50
i. La vitesse maximale ............................................................................................... 50
ii. L’explosivité........................................................................................................ 51
2) Instructions et feed-back pour le développement................................................ 51
B. Facteurs associés au développement de la vitesse maximale..................................... 52
1) Développement de la vitesse maximale................................................................ 52
2) Adaptations neuromusculaires.............................................................................. 53
3) Adaptations typologiques...................................................................................... 53
4) Adaptations structurales du système muscle-tendon........................................... 54
C. Le développement de l’explosivité et des facteurs associés ....................................... 57
1) Développement du RFD......................................................................................... 57
2) Facteurs neuromusculaires.................................................................................... 57
3) L’architecture musculaire ...................................................................................... 58
i. Propriétés mécaniques du tendon et interactions muscle-tendon....................... 58
PROBLÉMATIQUE & OBJECTIFS DE LA THESE........................................................................... 63
MÉTHODOLOGIE GÉNÉRALE .................................................................................................... 65
A. Ergométrie.................................................................................................................... 65
1) Ergomètre mécatronique....................................................................................... 65
2) Goubex ................................................................................................................... 66
B. Mesures mécaniques ................................................................................................... 67
C. Échographie ultrarapide............................................................................................... 68
1) Matériel et enregistrement ................................................................................... 68
2) Placement de la sonde et répétabilité................................................................... 69
3) Vitesses d’acquisition, exportation et traitement................................................. 70
4) Mesure cinétiques et cinématiques des éléments du système muscle-tendon ... 71
D. Mesures des paramètres biomécaniques.................................................................... 72
1) Bras de levier du triceps sural................................................................................ 72
2) Tension passive des faisceaux................................................................................ 72
3) Raideur des tissus tendineux ................................................................................. 72
E. Electromyographie ....................................................................................................... 73
F. Détermination de la vitesse maximale et des relations force-vitesse......................... 73
1) Mesures obtenues lors du slack test ..................................................................... 73
i. Correction de l’inertie et définition du temps de redéveloppement de la force.. 74
9
ii. Vitesse maximale de raccourcissement obtenue par la méthode slack test..... 75
2) Relation force vitesse............................................................................................. 76
i. Mesures et choix des essais................................................................................... 76
ii. Construction des relations force-vitesse............................................................ 76
G. Relation force-longueur ............................................................................................... 76
H. Mesure du taux de montée en force (RFD).................................................................. 76
ÉTUDE 1 .................................................................................................................................... 78
Le slack test ne permet pas d’évaluer la vitesse maximale de raccourcissement des faisceaux
in vivo........................................................................................................................................ 78
A. Introduction.................................................................................................................. 80
B. METHODS ..................................................................................................................... 81
1) Participants............................................................................................................ 81
2) Ethical approval...................................................................................................... 81
3) Experimental design............................................................................................... 81
4) Equipment and procedure ..................................................................................... 82
i. Maximal Voluntary Contractions (MVC)................................................................ 82
ii. Passive torque. ................................................................................................... 82
iii. Slack test............................................................................................................. 82
iv. Ballistic shortening contractions........................................................................ 83
i. Mechanics. ............................................................................................................. 83
ii. Unloaded joint velocity. ..................................................................................... 84
iii. Ultrasound.......................................................................................................... 84
iv. Electromyography. ............................................................................................. 85
C. Statistical analysis......................................................................................................... 85
D. Results.......................................................................................................................... 86
1) Muscle slack completion........................................................................................ 86
2) Unloaded joint velocity.......................................................................................... 86
3) Muscle-tendon interactions................................................................................... 87
4) Muscle activity ....................................................................................................... 88
5) Quick releases vs. ballistic contractions ................................................................ 89
E. Discussion..................................................................................................................... 89
1) Unloaded joint velocity .......................................................................................... 89
2) Muscle-tendon interactions................................................................................... 90
3) Muscle activation................................................................................................... 91
4) Limitations to the use of the slack test method in human.................................... 93
F. Conclusion .................................................................................................................... 93
10
Mesure de la vitesse maximale par le slack test...................................................................... 94
ÉTUDE 2 .................................................................................................................................... 95
Influence de la dynamique des faisceaux pendant lors d’une contraction explosive isométrique
.................................................................................................................................................. 95
A. INTRODUCTION ............................................................................................................ 97
METHODS ............................................................................................................................. 98
1) Participants............................................................................................................ 98
2) Experimental design............................................................................................... 98
3) Equipment and procedure ................................................................................... 100
i. Voluntary isometric explosive contractions. ....................................................... 100
ii. Passive torque. ................................................................................................. 100
iii. Moment arm. ................................................................................................... 100
iv. No-load ballistic contraction. ........................................................................... 100
4) Data collection and processing ............................................................................ 101
i. Mechanical data................................................................................................... 101
ii. Ultrasound........................................................................................................ 101
iii. Active force-length relationship....................................................................... 102
iv. Force-velocity relationship............................................................................... 102
v. EMG.................................................................................................................. 103
B. Statistical analysis....................................................................................................... 104
C. RESULTS...................................................................................................................... 104
1) Effect of Joint Angle on RTD................................................................................. 104
2) Effect of Joint Angle on Fascicle Length and Velocity Changes during RTD Evaluation
106
3) RTD Performance in Relation with Force-Length Relationship ........................... 107
vi. RTD Performance in Relation with Fascicle Force-Velocity Relationship ........ 109
vii. Muscle activity.................................................................................................. 109
D. DISCUSSION................................................................................................................ 109
E. Conclusion .................................................................................................................. 114
Influence de la dynamique des faisceaux sur l’expression de la force explosive .................. 115
ÉTUDE #3 ................................................................................................................................ 116
A. Introduction................................................................................................................ 118
B. Method....................................................................................................................... 119
1) Participants.......................................................................................................... 119
2) Experimental design............................................................................................. 119
3) Training protocol.................................................................................................. 120
11
4) Motor performance ............................................................................................. 120
i. Data collection and process................................................................................. 120
ii. MVC peak torque ............................................................................................. 120
iii. Joint torque-velocity relationship .................................................................... 120
iv. RFD ................................................................................................................... 121
5) Muscle properties................................................................................................ 121
i. Data collection and processing ............................................................................ 121
ii. Muscle architecture ......................................................................................... 122
iii. Fascicle force-length relationship .................................................................... 122
iv. Fascicle force-velocity relationship.................................................................. 122
v. Active stifness of series elastic component ..................................................... 122
vi. Fascicle dynamics during RFD .......................................................................... 123
6) Muscle activation................................................................................................. 123
i. MVC...................................................................................................................... 123
ii. RFD ................................................................................................................... 123
C. Statistical analysis....................................................................................................... 124
D. RESULTS...................................................................................................................... 124
1) Motor Performance ............................................................................................. 124
i. MVC peak torque ................................................................................................. 124
ii. Joint torque-velocity relationship .................................................................... 125
iii. RFD ................................................................................................................... 126
2) Muscle properties................................................................................................ 127
i. Muscle architecture ............................................................................................. 127
ii. Force-length relationship ................................................................................. 128
iii. fascicle force-velocity relationships................................................................. 128
iv. Tendon active stiffness..................................................................................... 128
v. Fascicle dynamics during RFD .......................................................................... 128
3) Muscle activation................................................................................................. 130
E. Discussion................................................................................................................... 130
1) Motor performance ............................................................................................. 131
2) Muscle properties................................................................................................ 131
3) EMG...................................................................................................................... 133
F. Conclusion .................................................................................................................. 133
Effets d’entraînements orientés en force vs. en vitesse sur les propriétés et la performance
musculaires............................................................................................................................. 134
DISCUSSION GENERALE.......................................................................................................... 135
12
A. Vitesse maximale de raccourcissement et interactions avec les tissus tendineux.... 135
1) Limites des méthodes d’estimation de la Vmax .................................................... 135
2) Relation Vmax articulaire et Vmax des faisceaux ................................................ 137
3) Reproductibilité des mesures échographiques en dynamique ........................... 140
B. Influence des interactions muscle-tendon sur la force explosive.............................. 141
1) Impact de la relation force-longueur sur la normalisation du RFD ..................... 141
2) La validité de la Fmax ............................................................................................. 142
3) Influence de la relation force-vitesse .................................................................. 143
C. Impact de l’entraînement musculaire........................................................................ 144
1) Dynamique du faisceau musculaire lors du RFD.................................................. 144
2) Amélioration de la vitesse articulaire maximale ................................................. 146
3) Implication pour la performance lors d’un mouvement pluri articulaire ........... 147
CONCLUSION GENERALE ........................................................................................................ 148
BIBLIOGRAPHIE....................................................................................................................... 149
13
INTRODUCTION GÉNÉRALE
« Altius, Citius, Fortius », ces trois mots sont le fondement et la raison d’être des sports
olympiques. Élaborée par le proviseur Henri Didon (1891), souhaitant que « ce drapeau
conduise ses élèves à la victoire », cette devise fut érigée en devise de l’olympisme par le
baron Pierre de Coubertin en 1894.
Dans l’entraînement sportif, elle est pourtant souvent réduite au seul « Fortius ». Si
bien que la méthode d’évaluation des capacités musculaires la plus commune consiste à
déplacer une charge maximale sur une unique répétition, perpétuant la croyance qu’il suffit
d’être uniquement fort pour être performant. Pour autant, la performance dans la majorité
des gestes sportifs comme un duel au handball, une fente en escrime, un smash au badminton
ou un départ en sprint est étroitement liée à une contrainte de temps. L’efficience de ces
gestes dépend ainsi de la capacité du sportif à produire le plus haut niveau de force dans un
temps très bref. Cette qualité appelée « force explosive » est évaluée à travers la mesure du
taux de développement de la force (RFD). L’application de cette force explosive va permettre
à l’athlète d’accélérer afin d’atteindre un certain niveau de vitesse. Le sprint en course à pied
en est un très bon exemple. En associant les temps de passages chronométrés tous les 10
mètres1 et les données anthropométriques des sprinteurs, Slawinski et collaborateurs ont
estimé la force horizontale appliquée au sol par les sprinteurs à partir de la modélisation de
leur vitesse de déplacement au cours du 100 m (Slawinski et al. 2017). Les résultats montrent
que la force, maximale au départ du starting-block, décroît au profit de l’augmentation de la
vitesse. La meilleure performance humaine mesurée à ce jour sur la distance, réalisée par
Usain Bolt en 2009, se démarque par une capacité du sprinteur à développer encore de la
force horizontale à des niveaux de vitesses élevés (> 12 m.s-1
). Même si Bolt n’était pas le
sprinteur qui produisait la force maximale la plus élevée parmi cet échantillon des meilleurs
sprinteurs du monde, il atteignait la vitesse maximale de course la plus importante (12,2 m.s1
) lui permettant encore d’accélérer au-delà de 60 m, contrairement à ses adversaires. La
vitesse de mouvement n’est donc pas forcément associée à la force explosive, ce qui nous
amènera à dissocier les qualités de force explosive et de vitesse dans ce manuscrit de thèse.
La capacité d’un individu à être rapide et/ou explosif résulte d’une optimisation des
processus neuromusculaires et musculo-squelettiques conduisant une mobilisation efficiente
de ses unités motrices, muscles et segments. Les travaux menés par Trappe et collaborateurs
à partir d’une biopsie du vastus lateralis (muscle extenseur du genou) de Colin Jackson, 20
années après son record du monde sur 110 m haies, ont ainsi montré que le hurdler avait un
pourcentage de fibres dîtes « super-rapides » (i.e., type IIx) beaucoup plus élevé que des
sportifs d’autres disciplines (natation, course à pied et musculation) (Trappe et al. 2015).
Analysées in vitro, ces fibres de type IIx possèdent un meilleur potentiel de développement
de la force maximale, de vitesse de raccourcissement et de de capacité à produire rapidement
de la force par rapport aux fibres rapides (type IIa) et lentes (type I) (Bottinelli et al. 1996). Les
récents développements des techniques d’imagerie, notamment de l’échographie,
permettent depuis quelques années de visualiser le comportement des faisceaux de fibres
musculaires (i.e., ensemble de fibres) et du tendon au cours du mouvement, de manière non
1
IAAF biomechanics project, réalisé sur les 50 meilleures performances chez les hommes et chez les femmes
lors des championnats du monde entre 1987 et 2011 et lors des J.O. de 2008 et de 2012
14
invasive. Son utilisation a permis de mesurer les changements de longueurs des faisceaux
musculaires en conditions passives et lors de contractions musculaires, mettant en évidence
l’importance des structures élastiques (i.e. tendon, aponévroses) dans le stockage, la
restitution et la transmission des forces produites par le muscle aux leviers osseux au cours
du mouvement (Ishikawa et al. 2005; Kurokawa, Fukunaga, et Fukashiro 2001) ou lors de
tâches isométriques (Ito et al. 1998).
Lors de mouvements très rapides, les travaux d’Hauraix et collaborateurs ont mis en
évidence que la vitesse de raccourcissement des faisceaux du gastrocnemius medialis serait
corrélée à la vitesse angulaire atteinte en condition balistique sans charge additionnelle
(Hauraix et al. 2015). La capacité des faisceaux musculaires à se raccourcir rapidement serait
principalement conditionnée par le pourcentage de fibres rapides (Bodine et al. 1982), par la
longueur des faisceaux du muscle considéré (Spector 1980) et à la capacité à activer de
manière maximale le muscle dans ces conditions. Cependant, le protocole de mesure de la
vitesse maximale in vivo consiste à extrapoler la relation force-vitesse fasciculaire obtenue
lors de contractions réalisées à différents niveaux de résistance (Hauraix, Nordez, et Dorel
2013; Hauraix et al. 2015). La vitesse maximale est ainsi estimée à partir de la contribution de
l’ensemble des fibres musculaires qui composent le muscle et elle n’est pas représentative de
ses fibres les plus rapides (Claflin et Faulkner 1985; Asmussen et Maréchal 1989; Sasaki et Ishii
2005). À l’aide d’un ergomètre conçu sur-mesure, capable de produire des vitesses
supérieures à 1000°.s-1
, Sasaki et Ishii ont adapté la méthode du slack test (Sasaki et Ishii 2005,
2010), développée initialement lors d’études réalisées in vitro (T.L. Hill 1970; Edman 1979),
pour estimer directement la vitesse maximale des fléchisseurs plantaires in vivo. Cette
méthode présente l’avantage de permettre l’évaluation de la vitesse de raccourcissement des
faisceaux les plus rapides du muscle considéré (Claflin et Faulkner 1985). À ce jour, ce
protocole n’a jamais pu être reproduit par une autre équipe in vivo chez l’homme. La vitesse
maximale de raccourcissement des faisceaux de fibres musculaires n’a donc pas été mesurée
directement.
Ce travail de thèse ambitionne de déterminer l’influence des interactions dynamiques
entre les faisceaux de fibres musculaires et les structures tendineuses sur l’évaluation de la
force explosive et de la vitesse maximale. Pour cela, nous souhaitons explorer de nouvelles
techniques d’évaluations musculaires. En collaboration avec une entreprise spécialisée en
électronique (Eraclès-Technology, Compiègne, France), notre laboratoire a co-développé un
ergomètre mécatronique permettant de reproduire la méthode du slack test in vivo chez
l’homme. Notre étude #1 visait à combiner le protocole du slack test et l’échographie pour
valider le protocole de la mesure directe de la vitesse maximale fasciculaire in vivo.
Concernant la force explosive, nous avons décrit le rôle et l’influence des interactions
muscletendon lors du RFD (étude #2). Dans un troisième temps, nous avons évalué les effets
de deux programmes d’entraînement différents (l’un orienté vers le développement de la
force maximale et l’autre vers le développement de la vitesse maximale (étude #3). Cette
étude chronique a permis d’analyser l’influence des modifications des propriétés contractiles
et de la dynamique des interactions muscle-tendon sur la performance explosive et la vitesse
maximale à l’aide des évaluations méthodes dans les études #1 et #2.
15
LA VITESSE MAXIMALE
Afin de mieux appréhender ce chapitre, il convient de définir précisément les différents
niveaux d’analyses de la vitesse.
• La vitesse fasciculaire (VF) correspond à la vitesse à laquelle les faisceaux musculaires
changent de longueur (raccourcissement, allongement) au cours d’une contraction.
• La vitesse maximale théorique (Vmax) correspond à la vitesse maximale de rotation
d’une articulation mesurée in vivo ou de changement de longueur d’un muscle ou
d’une fibre musculaire obtenue in vitro, à partir de l’extrapolation de la relation
force-vitesse.
• La vitesse fasciculaire maximale théorique (VFmax) correspond à la vitesse maximale
fasciculaire extrapolée à partir de la relation force-vitesse mesuré in vivo.
• La vitesse de raccourcissement sans charge (V0) correspond à la vitesse maximale
mesurée directement par la méthode du slack test sur une articulation in vivo, d’un
muscle ou d’une fibre musculaire in vitro.
• La vitesse de raccourcissement fasciculaire sans charge (VF0) correspond à la vitesse
maximale théorique des faisceaux musculaires mesurée lors du slack test.
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A. Mesures des variables cinétiques et cinématiques
Les concepts de vitesse et de force sont anciens. Cependant une définition formelle
rendant ces valeurs mesurables a longtemps manqué en raison des principes de base établis
par les géomètres grecs. En effet, selon ces principes on ne peut additionner, soustraire,
prendre le rapport ou effectuer le produit uniquement de grandeurs homogènes2
. Les travaux
d’Archimède sur le bras de levier et sur la chute des corps proposé par Stevin (1590) évoquent
implicitement la notion de force mais sans réelle distinction avec la notion de vitesse. Ce
travail fut réalisé par Galilée (1564-1642), qui a comparé la distance parcourue par différents
corps au cours du temps afin de savoir lequel se déplaçait le plus vite, travaux conclus par la
désormais célèbre équation qui définit ainsi la vitesse (v) (Équation 1) :